DE102011051954B4 - Photovoltaic system with bias on the inverter - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Umwandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator (2) in eine ausgangsseitige Wechselspannung mit wenigstens einem transformatorlosen Wechselrichter (3), der einen Gleichspannungseingang (7) zum Anschluss eines Photovoltaikgenerators (2) und einen Wechselspannungsausgang (8) aufweist; mit einer Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3), wodurch auch das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang (7) des Wechselrichters (3) beeinflusst wird; und mit einer induktiven HF-Entkopplungseinrichtung (52), die zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters (3) eingerichtet ist, wobei die induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52) eine Induktivität (53) aufweist, die in Reihe zu der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) in einem Zweig (42) zwischen Erde (44) und einem von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite des Wechselrichters (3) hindurchgeführten Neutralleiter (22, 41) angeschlossen ist, oder die induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52) eine der Anzahl der phasenführenden Ausgangsanschlüsse (12, 13, 14) des Wechselrichters (3) entsprechende Anzahl von Induktivitäten (54, 56, 57) aufweist, die jeweils mit einem Ausgangsanschluss (12, 13, 14) und andererseits mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt (58) verbunden sind, wobei die Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zwischen Erde (44) und dem gemeinsamen Verbindungspunkt (58) angeschlossen ist.Apparatus for converting an input DC electrical voltage from a photovoltaic generator (2) to an output AC voltage having at least one transformerless inverter (3) having a DC input (7) for connecting a photovoltaic generator (2) and an AC output (8); a bias voltage generator (43) for applying a bias potential to the AC output (8) of the inverter (3), thereby also affecting the voltage potential at the DC input (7) of the inverter (3); and an inductive RF decoupler (52) adapted for RF decoupling of the AC side from the DC side of the inverter (3), the inductive RF decoupler (52) having an inductance (53) connected in series with the Bias generating means (43) is connected in a branch (42) between ground (44) and a neutral conductor (22, 41) passed from the DC side to the AC side of the inverter (3), or the inductive RF decoupling means (52) is one of the plurality the phase-leading output terminals (12, 13, 14) of the inverter (3) has a corresponding number of inductors (54, 56, 57) connected respectively to an output terminal (12, 13, 14) and to a common connection point (58) with biasing means (43) connected between ground (44) and common connection point (58).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Photovoltaikanlage mit einer Vorspannungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung an einem Wechselrichter der Photovoltaikanlage.The present invention relates to a device for a photovoltaic system with a bias voltage generating device for generating a bias voltage to an inverter of the photovoltaic system.

Photovoltaikanlagen mit einem Photovoltaikgenerator, der aus der Sonnenenergie elektrische Energie erzeugt, einem Wechselrichter, der eine von dem Photovoltaikgenerator bereitgestellte Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und diese bspw. in ein Energieversorgungsnetz einspeist, finden zunehmende Verwendung. Eine Photovoltaikanlage kann eine Vielzahl von Photovoltaikzellen und/oder Wechselrichtern aufweisen. Einzelne Photovoltaikzellen sind gewöhnlich zu einem Modul und ein oder mehrere Module zu sogenannten Strings in Reihe geschaltet, die den Photovoltaikgenerator bilden. Dieser liefert dann eine hohe Gleichspannung bis über 1000 Volt an den Wechselrichter, der diese in eine Wechselspannung und einen Wechselstrom mit einer mit dem zu speisenden Netz konformen Amplitude, Phase und Frequenz umwandelt. Zu diesem Zweck sind ein- oder dreiphasige Wechselrichter mit und ohne Transformator bekannt.Photovoltaic systems with a photovoltaic generator that generates electrical energy from solar energy, an inverter that converts a DC voltage provided by the photovoltaic generator into AC voltage and feeds it, for example, into a power supply network, are finding increasing use. A photovoltaic system may have a plurality of photovoltaic cells and / or inverters. Individual photovoltaic cells are usually connected in series with a module and one or more modules in strings, which form the photovoltaic generator. This then supplies a high DC voltage to over 1000 volts to the inverter, which converts them into an AC voltage and an AC current with an amplitude, phase and frequency conforming to the network to be fed. For this purpose, single or three-phase inverters with and without transformer are known.

DE 102 21 592 A1 beschreibt einen transformatorlosen Photovoltaikwechselrichter in H- oder Vollbrückenbauweise, wobei die Verbindungsleitungen zum Abgriff der Brückenspannung jeweils über eine Drosselspule mit den Wechselspannungsausgangsanschlüssen verbunden sind. Die Drosselspulen dienen der Glättung des vom Wechselrichter ausgangsseitig erzeugten Wechselstroms. Bei symmetrischer Taktung der Schalter der H-Brückenschaltung des Wechselrichters, und wenn die eingesetzten Drosselspulen identische Induktivitäten aufweisen, können auf die hochfrequente Takturig der Schalter zurückzuführende Potentialsprünge vermieden werden. DE 102 21 592 A1 describes a transformerless photovoltaic inverter in H or full bridge construction, wherein the connecting lines for tapping the bridge voltage are each connected via a choke coil with the AC output terminals. The choke coils are used to smooth the alternating current generated by the inverter on the output side. With symmetrical timing of the switches of the H-bridge circuit of the inverter, and if the inductors used have identical inductances, can be attributed to the high-frequency Takturig the switch attributable potential jumps.

DE 10 2004 037 446 B4 beschreibt einen transformatorlosen Photovoltaikwechselrichter in Halbbrückenbauweise in der ein- bis dreiphasigen Konfiguration mit einem Zwischenkreis am Eingang des Wechselrichters, der zwei in Reihe verbundene Kondensatoren aufweist, deren Verbindungspunkt mit einem Neutralleiter elektrisch verbunden, der an einen Schutzleiter angeschlossen ist. Zwischen dem Photovoltaikgenerator und dem Zwischenkreis ist ein symmetrischer Gleichspannungshochsetzer angeordnet, der die Generatorgleichspannung in eine bezüglich des Erdpotentials symmetrische Zwischenkreisspannung umsetzt. Am Ausgang des Wechselrichters sind LC-Netzfilter zur Glättung des Stromverlaufs vorgesehen. DE 10 2004 037 446 B4 describes a transformerless photovoltaic inverter in a half-bridge construction in the one to three-phase configuration with a DC link at the input of the inverter having two capacitors connected in series, the junction of which is electrically connected to a neutral conductor which is connected to a protective conductor. Between the photovoltaic generator and the intermediate circuit, a symmetrical DC voltage booster is arranged, which converts the generator DC voltage in a symmetrical with respect to the ground potential DC link voltage. At the output of the inverter, LC line filters are provided to smooth the current flow.

Transformatorlose Wechselrichter, die ohne galvanische Trennung des Photovoltaikgenerators Leistung in die Netzwechselspannung umwandeln, werden bevorzugt, weil sie kleiner bauen, kostengünstiger sind und gegenüber transformatorbasierten Wechselrichtern einen deutlich besseren Wirkungsgrad haben. Allerdings ist aufgrund der fehlenden galvanischen Trennung zwischen Gleich- und Wechselspannungsseite nicht möglich, an dem positiven bzw. negativen Pol der Photovoltaikmodule ein definiertes Potential in Bezug auf die Erde, bspw. durch Erdung, festzulegen. Ein definiertes Potential gegenüber dem Erdpotential am Photovoltaikgenerator kann aber erforderlich sein, um z. B. gesetzlichen Vorschriften in Bezug auf Obergrenzen für Potentialunterschiede an Anlagenteilen zu genügen, um die Erfassung von Isolationsfehlern zu ermöglichen, um eine TCO-Korrosion oder eine Wirkungsgradverschlechterung an bestimmten Photovoltaikmodulen zu vermeiden, etc.Transformerless inverters, which convert power into the mains AC voltage without galvanic isolation of the photovoltaic generator, are preferred because they are smaller in size, less expensive and have a significantly better efficiency compared to transformer-based inverters. However, due to the lack of electrical isolation between the DC and AC side, it is not possible to define a defined potential with respect to the earth, for example by grounding, at the positive or negative pole of the photovoltaic modules. A defined potential compared to the ground potential at the photovoltaic generator but may be required to z. For example, it is necessary to comply with legal requirements regarding upper limits for potential differences at plant components in order to enable the detection of insulation faults in order to avoid TCO corrosion or deterioration of efficiency in certain photovoltaic modules, etc.

Bspw. ist festgestellt worden, dass sich an bestimmten Photovoltaikmodulen, insbesondere an Dünnschichtmodulen, irreparable Schäden durch sogenannte „TCO-Korrosion”, eine Korrosion an einer transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung, der sogenannten TCO-Schicht (Transparent Conductive Oxide), bilden können. Die TCO-Schicht korrodiert unter dem Einfluss von Feuchtigkeit und Wärme, was zum Ausfall einzelner Bereiche von Photovoltaikmodulen und schließlich zum Verlust der Leistungsfähigkeit des gesamten Moduls führen kann. Es ist bekannt, dass sich die TCO-Korrosion schneller bzw. verstärkter ausbildet, wenn die Photovoltaikzellen negative elektrische Potentiale gegen Erde aufweisen.For example. It has been found that on certain photovoltaic modules, in particular on thin-film modules, irreparable damage can be formed by so-called "TCO corrosion", corrosion on a transparent, electrically conductive coating, the so-called TCO (Transparent Conductive Oxide) layer. The TCO layer corrodes under the influence of moisture and heat, which can lead to failure of individual areas of photovoltaic modules and ultimately to the loss of performance of the entire module. It is known that the TCO corrosion forms faster or more intensified when the photovoltaic cells have negative electrical potentials to earth.

Umgekehrt sind bei kristallinen Photovoltaikmodulen mit rückseitiger Kontaktierung der Photovoltaikzellen Wirkungsgradverluste beobachtet worden, falls die Photovoltaikzellen im Betrieb ein positives Spannungspotential zur Erde haben. Die Wirkungsgradverluste scheinen auf einen Polarisationseffekt aufgrund einer statischen Ladung, die sich auf der Oberfläche der Photovoltaikzelle aufbaut, zurückzuführen sein und können reduziert werden, wenn die Photovoltaikzellen unter dem Erdpotential, also bei einem negativeren Potential als das Erdpotential gehalten werden.Conversely, in crystalline photovoltaic modules with back contacting of the photovoltaic cells efficiency losses have been observed if the photovoltaic cells have a positive voltage potential to the ground during operation. The efficiency losses appear to be due to a polarization effect due to a static charge built up on the surface of the photovoltaic cell, and can be reduced if the photovoltaic cells are kept below ground potential, that is, at a more negative potential than ground potential.

Aus den vorgenannten Gründen empfehlen die Hersteller derartiger Photovoltaikmodule, Wechselrichter mit galvanisch trennenden Transformatoren einzusetzen, die das Anlegen eines definierten Potentials gegenüber dem Erdpotential am Photovoltaikgenerator erlauben. Gleichzeitig soll je nach Art des eingesetzten Photovoltaikgenerators sein negativer bzw. positiver Pol geerdet werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Photovoltaikzellen von Dünnschichtmodulen bzw. rückseitig kontaktierten kristallinen Modulen eine negative bzw. positive Spannung gegenüber der Erde annehmen können. Erkauft wird dies jedoch durch den Einsatz eines transformatorbasierten Wechselrichters, der schwerer und größer baut, die Herstellungs- und Installationskosten erhöht und den Wirkungsgrad verringert.For the reasons mentioned above, the manufacturers of such photovoltaic modules recommend using inverters with galvanically isolating transformers, which allow the application of a defined potential with respect to the ground potential at the photovoltaic generator. At the same time, depending on the type of photovoltaic generator used, its negative or positive pole should be earthed. In this way it can be avoided that the photovoltaic cells of thin-film modules or back contacted crystalline modules have a negative or can accept positive tension against the earth. However, this is made possible by the use of a transformer-based inverter, which is heavier and larger, increases manufacturing and installation costs and reduces efficiency.

In der WO 2008/154918 A1 wird im Zusammenhang mit Dünnschichtmodulen eine transformatorlose Wechselrichtereinheit vorgeschlagen, die einen zwischen dem negativen Photovoltaikgeneratorpol und dem negativen Eingang des Wechselrichters geschalteten Hochsetzsteller aufweist. Durch den Einsatz des Hochsetzstellers kann die Kennlinie der Photovoltaikmodule derart beeinflusst werden, dass negative elektrische Potentiale zur Erde und damit mögliche Korrosionsschäden reduziert werden. Der Hochsetzsteller verursacht jedoch ebenfalls höhere Herstellungs- und Betriebskosten sowie Wirkungsgradverluste.In the WO 2008/154918 A1 is proposed in connection with thin-film modules, a transformerless inverter unit having a switched between the negative Photovoltaikgeneratorpol and the negative input of the inverter boost converter. By using the boost converter, the characteristic curve of the photovoltaic modules can be influenced in such a way that negative electrical potentials to the earth and thus possible corrosion damage are reduced. However, the boost converter also causes higher manufacturing and operating costs and efficiency losses.

WO 2010/078669 A1 beschreibt ein Photovoltaikkraftwerk mit einem Photovoltaikgenerator und einem transformatorlosen Wechselrichter und schlägt vor, an dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters eine Potentialschiebeeinrichtung vorzusehen, die der Wechselspannung einen Spannungsanteil überlagert, durch den sich auch das Potential an der Gleichspannungseingangsseite des Wechselrichters anheben oder absenken lässt. Die überlagerte Spannung der Potentialschiebeeinrichtung kann Gleichspannung und/oder Wechselspannung sein. Die überlagerte Spannung kann auch durch Erfassung von Messwerten am Eingang des Wechselrichters geregelt werden. WO 2010/078669 A1 describes a photovoltaic power plant with a photovoltaic generator and a transformerless inverter and proposes to provide at the AC output of the inverter, a potential shifter which superimposes a voltage component on the AC voltage, by which also the potential on the DC input side of the inverter can be raised or lowered. The superposed voltage of the potential shift device can be DC voltage and / or AC voltage. The superimposed voltage can also be regulated by acquiring measured values at the input of the inverter.

In ähnlicher Weise wird auch in der WO 2010/051812 A1 und in der Veröffentlichung „Ground-Voltage-Control (GVC) For Transformerless Inverters In PV Power Plants Prevents TCO Corrosion And Polarisation Effects” von Dr. F. Haase, Dr. U. Borup, 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 6–10 September 2010, Valencia, Spain, vorgeschlagen, an dem Wechselspannungsausgang eines transformatorlosen Photovoltaikwechselrichters eine Offsetspannungsquelle vorzusehen, durch die auch das Gleichspannungspotential an der Eingangsseite des Wechselrichters indirekt gesteuert werden kann, um alle Potentiale an den Anschlüssen der Photovoltaikmodule gegenüber Erde je nach Modulart alle positiv oder alle negativ zu machen. Die Offsetspannung kann gesteuert, programmiert oder abgeschaltet werden. Durch Überwachung des aus der Offsetspannungsquelle fließenden Stroms können Isolationsfehler erfasst werden.Similarly, also in the WO 2010/051812 A1 and in the publication "Ground Voltage Control (GVC) For Transformerless Inverters In PV Power Plants Preventing TCO Corrosion And Polarization Effects" by Dr. Ing. F. Haase, dr. U. Borup, 25th European Solar Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 6-10 September 2010, Valencia, Spain, proposed to provide at the AC output of a transformerless photovoltaic inverter, an offset voltage source, through which the DC potential at the input side of the inverter can be controlled indirectly, to make all potentials at the connections of the photovoltaic modules to earth positive or all negative depending on the type of module. The offset voltage can be controlled, programmed or switched off. By monitoring the current flowing from the offset voltage source, insulation errors can be detected.

Durch die vorgeschlagene Überlagerung einer Vorspannung (Verschiebespannung, Offsetspannung) am Wechselspannungsausgang eines transformatorlosen Wechselrichters kann sichergestellt werden, dass das Potential an den Photovoltaikmodulen je nach Anforderung nie einen bestimmten Spannungswert über- bzw. unterschreitet. Damit lassen sich die vorerwähnten TCO-Korrosionen und Polarisationseffekte vermeiden. Allerdings ist am Ausgang des Wechselrichters ein Transformator erforderlich, der die Ausgangsspannung des Wechselrichters auf eine gewünschte Spannung zur Übertragung über Hochspannungsleitungen bzw. zur Einspeisung in ein Netz transformiert. Die der Wechselspannung überlagerte Vorspannung ist dann aufgrund der anschließenden Transformation unerheblich.The proposed superimposition of a bias voltage (offset voltage, offset voltage) at the AC output of a transformerless inverter can ensure that the potential on the photovoltaic modules never exceeds or falls below a certain voltage value as required. Thus, the aforementioned TCO corrosion and polarization effects can be avoided. However, a transformer is required at the output of the inverter, which transforms the output voltage of the inverter to a desired voltage for transmission over power lines or for feeding into a network. The bias voltage superimposed on the alternating voltage is then insignificant due to the subsequent transformation.

Die Potentialschiebeeinrichtung bzw. Offsetspannungsquelle der vorbekannten Photovoltaikanlagen ist zwischen Erde und dem Sternpunkt bzw. Neutralanschluss des ausgangsseitigen Transformators angeschlossen. Dadurch liegt das Potential des Sternpunkts bzw. Neutralpunkts nicht mehr frei, sondern wird festgehalten bzw. ist geklemmt. Dieses Klemmen des Potentials des Sternpunkts bzw. Neutralpunkts kann jedoch zu Ableitströmen führen. Konventionelle Wechselrichter für Photovoltaikanlagen weisen zu Voll- oder Halbbrücken geschaltete Schalterelemente auf, die gemäß einem vorgegebenen Taktmuster und Modulationsverfahren mit hoher Frequenz von bis zu etwa 20 kHz getaktet werden. Bedingt durch diese hochfrequente Taktung der Schalterelemente springt bei einer dreiphasigen Wechselrichterkonfiguration das Spannungspotential an den Wechselspannungsanschlüssen und insbesondere auch an dem Sternpunkt bzw. Neutralpunkt mit relativ hoher Amplitude und hoher Frequenz, die der dreifachen Taktfrequenz entspricht. Wird nun das Potential des Sternpunkts bzw. Neutralpunkts festgehalten, müssen parasitäre Kapazitäten eines Photovoltaikgenerators, die relativ groß, jedenfalls viel größer als entsprechende parasitäre Kapazitäten auf der Ausgangsseite des Wechselrichters sind, umgeladen werden, womit hohe Verschiebungsströme an dem Photovoltaikgenerator und damit hohe Ableitströme auf der Gleichspannungsseite des Wechselrichters verbunden sind.The potential shift device or offset voltage source of the previously known photovoltaic systems is connected between earth and the neutral point or neutral terminal of the output-side transformer. As a result, the potential of the neutral point or neutral point is no longer free, but is held or clamped. However, this clamping of the potential of the neutral point or neutral point can lead to leakage currents. Conventional inverters for photovoltaic systems have full or half bridge switched switching elements which are clocked at a high frequency of up to about 20 kHz according to a given clock pattern and modulation scheme. Due to this high-frequency clocking of the switching elements jumps in a three-phase inverter configuration, the voltage potential at the AC voltage terminals and in particular at the neutral point or neutral point with a relatively high amplitude and high frequency, which corresponds to the triple clock frequency. If now the potential of the neutral point or neutral point is recorded, parasitic capacitances of a photovoltaic generator, which are relatively large, at least much larger than corresponding parasitic capacitances on the output side of the inverter, are reloaded, which high displacement currents to the photovoltaic generator and thus high leakage currents on the DC side of the inverter are connected.

An sich sind die kapazitiven Ableitströme Blindströme und somit verlustfrei. Jedoch können sie unter Umständen, wenn sie z. B. über den Schutzleiter abfließen, ein Gefahrenpotential darstellen, weil bei einer Unterbrechung des Schutzleiters und gleichzeitiger Berührung des Photovoltaikgehäuses ein lebensgefährlicher Körperstrom durch die berührende Person fließen könnte. Dies ist zu vermeiden.As such, the capacitive leakage currents are reactive currents and thus lossless. However, they may under certain circumstances, if they z. B. drain on the protective conductor, represent a potential hazard, because at a break in the protective conductor and simultaneous contact of the photovoltaic housing a life-threatening body current could flow through the touching person. This should be avoided.

Außerdem ist es schwierig, zwischen einem Ableitstrom und einem Fehlerstrom zu differenzieren, der aufgrund eines Fehlers, z. B. einer schadhaften Isolierung, bei einem Kontakt einer spannungsführenden Leitung mit einer geerdeten Person fließt. Um einen hinreichenden Personenschutz zu gewährleisten müssen elektrische Geräte als Vorsichtsmaßnahme bei einem bestimmten Fehlerstrom vom Netz getrennt werden. Insofern kann sich der Wechselrichter hier selbstständig vom Netz trennen, wenn der Ableitstrom zu groß wird. Dies kann den Betrieb stören und die Erzeugungsleistung mindern.In addition, it is difficult to differentiate between a leakage current and a fault current due to an error, eg. As a faulty insulation, flows in a contact of a live line with a grounded person. To ensure adequate personal protection must be electrical equipment as Precaution to be disconnected from the mains for a given fault current. In this respect, the inverter can autonomously disconnect from the grid here, if the leakage current is too large. This can disturb the operation and reduce the power generation.

Außerdem können Ableitströme, wenn sie als Kreisströme über den Wechselrichter und die Vorspannungsquelle fließen, diese beschädigen. Darüber hinaus erschweren Ableitströme die Erfassung von Isolationsfehlern.In addition, leakage currents, when flowing as circulating currents across the inverter and the bias source, can damage them. In addition, leakage currents make the detection of insulation faults difficult.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die vorstehenden Unzulänglichkeiten zu beseitigen und insbesondere Maßnahmen bzw. Mittel vorzuschlagen, die derartige Ableitströme verweiden bzw. weitgehend reduzieren können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Umwandlung einer elektrischen Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einem transformatorlosen Wechselrichter zu schaffen, die sich zum Betrieb mit Dünnschichtphotovoltaikmodulen wie auch kristallinen Modulen mit rückseitiger Kontaktierung oder anderen Modulen, die ein definiertes maximales oder minimales Potential erfordern, eignet, jedoch Ableitströme und damit verbundene Nachteile vermeidet oder zumindest weitgehend reduziert. Dies vorzugsweise mit einfachen und bevorzugterweise auch bei bestehenden Anlagen nachrüstbaren Mitteln.On this basis, it is an object of the invention to eliminate the above shortcomings and in particular to propose measures or means that can absorb such leakage currents or substantially reduce. In particular, it is an object of the invention to provide a device for converting a DC electrical voltage into an AC voltage with a transformerless inverter suitable for operation with thin film photovoltaic modules as well as crystalline back contacting modules or other modules requiring a defined maximum or minimum potential , but suitable, but avoiding leakage currents and associated disadvantages or at least largely reduced. This preferably with simple and preferably also retrofittable to existing equipment.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung zu schaffen, die auch eine sichere Erkennung von Isolationsfehlern, insbesondere auch schleichenden Isolationsfehlern im Betrieb ermöglicht.Another object of the present invention is to provide such a device, which also enables a reliable detection of insulation faults, especially creeping insulation faults in operation.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. dem Zusatzmodul nach Anspruch 14 gelöst.This object is achieved with the device according to claim 1 or the additional module according to claim 14.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Umwandlung einer eingangsseitigen elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator in eine ausgangsseitige Wechselspannung geschaffen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Wechselrichter auf, der einen Gleichspannungseingang zum Anschluss eines Photovoltaikgenerators und einen Wechselspannungsausgang aufweist. Der Wechselrichter ist transformatorlos und somit in der Lage, die eingangsseitige Gleichspannung mit hohem Wirkungsgrad in die ausgangsseitige Wechselspannung umzuwandeln.According to a first aspect of the invention, a device is provided for converting an input-side direct electrical voltage from a photovoltaic generator into an output-side alternating voltage. The device according to the invention has an inverter which has a DC voltage input for connecting a photovoltaic generator and an AC voltage output. The inverter is transformerless and thus able to convert the input-side DC voltage with high efficiency in the output side AC voltage.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine Vorspannungserzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters auf, wodurch gleichzeitig indirekt auch das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang des Wechselrichters beeinflusst wird. Bspw. ermöglicht die Vorspannungserzeugungseinrichtung es, durch Anlegen eines positiven bzw. negativen Vorspannungspotentials an dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang des Wechselrichters derart anzuheben oder abzusenken, dass das Potential an dem negativen Pol eines angeschlossenen Photovoltaikgenerators einen vorbestimmten minimalen Wert, z. B. 0 Volt, gegen Schutzerde (PE) nicht unterschreitet oder der positive Pol einen vorbestimmten maximalen Wert, z. B. 0 Volt, gegen PE nicht überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass alle Photovoltaikzellen je nach Anforderung entweder über (bei positiveren Potentialen) oder unter (bei negativeren Potentialen als) dem Erdpotential gehalten werden, so dass eine schädliche TCO-Korrosion von Dünnschichtmodulen oder Polarisationseffekte bei rückseitig kontaktierten kristallinen Modulen vermieden werden kann bzw. können. Dadurch ist die Grundlage für einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie gegeben.The device according to the invention further comprises a bias voltage generating means for applying a bias potential to the AC output of the inverter, thereby indirectly also indirectly affecting the voltage potential at the DC input of the inverter. For example. allows the bias voltage generating means, by applying a positive or negative bias potential to the AC output of the inverter to raise or lower the voltage potential at the DC input of the inverter such that the potential at the negative pole of a connected photovoltaic generator has a predetermined minimum value, for. B. 0 volts, against protective earth (PE) does not fall below or the positive pole a predetermined maximum value, z. B. 0 volts, against PE does not exceed. As a result, it can be ensured that all photovoltaic cells are kept either above (at more positive potentials) or below (at more negative potentials than) the ground potential, so that harmful TCO corrosion of thin-film modules or polarization effects in the case of back-contacted crystalline modules can be avoided or can. This provides the basis for high efficiency in the conversion of solar energy into electrical energy.

Die Erfindung ist ferner durch eine induktive Hochfrequenz(HF)-Entkopplungseinrichtung gekennzeichnet, die zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters angeordnet und eingerichtet ist. Erfindungsgemäß weist die induktive HF-Entkopplungseinrichtung eine Induktivität auf, die in Reihe zu der Vorspannungserzeugungseinrichtung in einem Zweig zwischen Erde und einem von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite des Wechselrichters hindurchgeführten Neutralleiter angeschlossen ist. Alternativ weist die induktive HF-Entkopplungseinrichtung eine der Anzahl der phasenführenden Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters entsprechende Anzahl von Induktivitäten auf, die jeweils mit einem Ausgangsanschluss und andererseits mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden sind, wobei die Vorspannungserzeugungseinrichtung zwischen Erde und dem gemeinsamen Verbindungspunkt angeschlossen ist. Die induktive HF-Entkopplungseinrichtung schafft diese hochfrequenzmäßige Entkopplung, indem sie Potentialsprünge auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters bei konstantem Mittelwert des Potentials entsprechend dem durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung vorgegebenen Wert der Vorspannung ermöglicht. Dadurch verhindert die erfindungsgemäße induktive HF-Entkopplungseinrichtung eine Rückkopplung der Potentialsprünge auf die Gleichspannungsseite des Wechselrichters und folglich auf den Photovoltaikgenerator und damit verbundene Verschiebungsströme zur Umladung parasitärer Kapazitäten des Photovoltaikgenerators. In anderen Worten blockiert bzw. dämpft die induktive HF-Entkopplungseinrichtung etwaige Ableitströme und verhindert, dass diese an dem Photovoltaikgenerator entstehen und als Kreisströme über den Wechselrichter und die Vorspannungserzeugungseinrichtung fließen und diese beschädigen können.The invention is further characterized by an inductive high frequency (RF) decoupling device arranged and arranged for RF decoupling of the AC side from the DC side of the inverter. According to the invention, the inductive RF decoupling means comprises an inductor connected in series with the biasing means in a branch between ground and a neutral conductor passed from the DC side to the AC side of the inverter. Alternatively, the inductive RF decoupling device has a number of inductances corresponding to the number of phase-carrying output terminals of the inverter, which are each connected to an output terminal and on the other hand to a common connection point, wherein the bias voltage generator is connected between ground and the common connection point. The inductive RF decoupling device provides this high-frequency decoupling by allowing potential jumps on the AC side of the inverter at a constant average value of the potential corresponding to the predetermined value of the bias voltage by the bias voltage generating means. As a result, the inductive RF decoupling device according to the invention prevents a feedback of the potential jumps to the DC side of the inverter and consequently to the photovoltaic generator and associated displacement currents for the transfer of parasitic capacitances of the photovoltaic generator. In other words, blocks or attenuates the inductive RF decoupling device any leakage currents and prevents them from being generated at the photovoltaic generator and as a circulating currents over the Inverter and the bias generator can flow and damage them.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise ferner einen Photovoltaikgenerator mit wenigstens einem Photovoltaikmodul auf, um eine Photovoltaikanlage zu bilden. Durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung können auch Dünnschichtmodule oder kristalline Module mit rückseitiger Kontaktierung als Photovoltaikmodule schonend und wirksam eingesetzt werden.The device according to the invention preferably also has a photovoltaic generator with at least one photovoltaic module in order to form a photovoltaic system. By the bias voltage generating device and thin-film modules or crystalline modules with back contacting as photovoltaic modules can be used gently and effectively.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter ist vorzugsweise in der dreiphasigen Konfiguration mit drei Wechselspannungsausgangsanschlüssen eingerichtet, die jeweils einer der drei Phasen der Ausgangsspannung zugeordnet sind. Natürlich kann der Wechselrichter auch drei gesonderte Wechselrichtereinheiten für die einzelnen Phasen enthalten, und diese können mit dem gleichen oder auch mit gesonderten Photovoltaikgeneratoren gekoppelt sein.The inverter according to the invention is preferably arranged in the three-phase configuration with three AC output terminals, each associated with one of the three phases of the output voltage. Of course, the inverter may also include three separate inverter units for the individual phases, and these may be coupled to the same or separate photovoltaic generators.

Der Wechselrichter kann in der Voll- oder in der Halbbrückenkonfiguration von hochfrequent getakteten Schaltern eingerichtet sein, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind. Die Halbbrückenkonfiguration wird bevorzugt, weil sie die Anzahl der Schalterelemente und damit verbundene Kosten, die Schaltverluste und den Steuerungsaufwand reduziert.The inverter may be configured in the full or half bridge configuration of high frequency clocked switches as are well known in the art. The half bridge configuration is preferred because it reduces the number of switch elements and associated costs, switching losses and control overhead.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Wechselrichter eine Symmetrierschaltung auf, die dazu dient, die Spannungspotentiale an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf das durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung vorgegebenen Vorspannungspotential einzurichten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist der Wechselrichter hierzu einen Gleichspannungszwischenkreis mit zwei in Reihe zueinander zwischen den Gleichspannungseingangsanschlüssen angeschlossenen Energiezwischenspeichern auf, die bspw. durch gleich dimensionierte Kondensatoren gebildet sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Energiezwischenspeichern ist mit einem Neutralleiter elektrisch verbunden, an dem auch die Vorspannungserzeugungseinrichtung angeschlossen ist. Damit liegt das vorgegebene Vorspannungspotential im Mittel auch an dem Verbindungspunkt zwischen den Energiezwischenspeichern an. Die Symmetrierschaltung könnte auch durch einen Spannungsteiler auf der Basis von Widerständen, wenngleich verlustbehaftet, oder von Induktivitäten gebildet sein. Jedenfalls kann durch die Symmetrierung erreicht werden, dass die Potentiale am positiven und negativen Eingangsanschluss des Wechselrichters symmetrisch bezüglich des Neutralleiters sind, so dass stets nur eine halbe Photovoltaikgeneratorspannung als Vorspannung ausreicht, um die Potentiale für alle PV-Module auf einem entweder nichtnegativen oder nichtpositiven Potential in Bezug auf das Erdpotential zu halten. Dies vereinfacht eine etwaige Steuerung bzw. Regelung der Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung.Preferably, the inverter according to the invention has a balancing circuit which serves to set up the voltage potentials at the input terminals of the inverter substantially symmetrically with respect to the bias potential predetermined by the bias voltage generating means. In a preferred embodiment of the invention, the inverter has for this purpose a DC intermediate circuit with two energy buffers connected in series with one another between the DC voltage input terminals, which are formed, for example, by identically dimensioned capacitors. The connection point between the energy buffers is electrically connected to a neutral conductor, to which the bias voltage generator is also connected. Thus, the predetermined bias potential is on average also at the connection point between the energy buffers. The balun could also be formed by a voltage divider based on resistors, albeit lossy, or by inductors. In any case, it can be achieved by the balancing that the potentials at the positive and negative input terminal of the inverter are symmetrical with respect to the neutral conductor, so that only half a photovoltaic generator voltage as a bias sufficient to the potentials for all PV modules on either a non-negative or non-positive potential to hold in relation to the earth potential. This simplifies any control of the bias of the bias generator.

Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage weist vorzugsweise ferner einen an den Wechselspannungsausgang des Wechselrichters angeschlossenen Netztransformator auf, der die Wechselrichterausgangsspannung an Netzgrößen eines zu speisenden Netzes angleicht. Zum Beispiel wird die Wechselrichterausgangsspannung auf die Wechselspannung eines öffentlichen Stromversorgungsnetzes oder auf eine Hochspannung transformiert, die sich zur Übertragung über Hochspannungsleitungen eignet. Vorteilhafterweise ermöglicht der Ausgangstransformator eine galvanische Trennung zwischen der Wechselspannungsausgangsseite des Wechselrichters und dem sich anschließenden Netz. Dadurch beeinträchtigt das durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung vorgegebene Vorspannungspotential am Ausgang des Wechselrichters die Netzspannung nicht.The photovoltaic system according to the invention preferably further comprises a power transformer connected to the AC output of the inverter, which adjusts the inverter output voltage to grid sizes of a network to be fed. For example, the inverter output voltage is transformed to the AC voltage of a public power grid or to a high voltage suitable for transmission over high voltage power lines. Advantageously, the output transformer allows galvanic isolation between the AC output side of the inverter and the adjoining network. As a result, the bias potential given by the bias voltage generator at the output of the inverter does not affect the mains voltage.

Im Übrigen weist der Transformator vorzugsweise eine mit dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters verbundene Primärseite, eine Sekundärseite zum Anschluss an das Netz und einen Neutralanschluss an der Primärseite auf, der vorzugsweise mit einem Neutralleiter verbunden ist. Besonders bevorzugt ist der Neutralleiter auch an den Mittelpunkt zwischen den Kondensatoren bzw. Energiespeichern in dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite des Wechselrichters hindurchgeführt und auch mit der Vorspannungserzeugungseinrichtung verbunden. Dies vereinfacht die Auslegung und Steuerung des Wechselrichters und der Vorspannungserzeugungseinrichtung.Incidentally, the transformer preferably has a primary side connected to the alternating voltage output of the inverter, a secondary side for connection to the mains and a neutral connection to the primary side, which is preferably connected to a neutral conductor. Particularly preferably, the neutral conductor is also connected to the midpoint between the capacitors or energy stores in the DC intermediate circuit, passed from the DC side to the AC side of the inverter and also connected to the bias voltage generating means. This simplifies the design and control of the inverter and the bias generator.

Der Netztransformator ist vorzugsweise ein dreiphasiger Transformator, der drei Außenleiterstränge aufweist, die mit einem dreiphasigen Wechselrichter oder mit gesonderten einphasigen Wechselrichtern verbunden sind. In der Sternschaltung sind die anderen Enden dann an dem Sternpunkt zusammengeschaltet, wobei der Sternpunkt vorzugsweise den Neutralanschluss bildet, der über den Neutralleiter mit der Vorspannungserzeugungseinrichtung und dem Verbindungspunkt zwischen den Zwischenkreiskondensatoren elektrisch verbunden ist. Die Vorspannungseinrichtung kann aber auch an den Außenleitersträngen der Primärseite des Netztransformators bzw. den Wechselspannungsausgangsleitungen des Wechselrichters angeschlossen sein.The power transformer is preferably a three-phase transformer having three outer conductor strings connected to a three-phase inverter or to separate single-phase inverters. In the star connection, the other ends are then connected together at the star point, wherein the star point preferably forms the neutral terminal, which is electrically connected via the neutral conductor to the bias voltage generation device and the connection point between the intermediate circuit capacitors. The biasing device can also be connected to the outer conductor strands of the primary side of the power transformer or the AC output lines of the inverter.

Die Vorspannungserzeugungseinrichtung weist eine Konstantspannungsquelle auf, die zwischen Erde und dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters angeschlossen ist. Die Konstantspannungsquelle kann variabel sein, so dass die Größe und Polarität der von der Konstantspannungsquelle gelieferten Vorspannung im Betrieb gesteuert bzw. geregelt werden kann.The bias generator has a constant voltage source between ground and the AC output of the inverter is connected. The constant voltage source may be variable so that the magnitude and polarity of the bias voltage provided by the constant voltage source may be controlled in operation.

Die erfindungsgemäße induktive HF-Entkopplungseinrichtung ist zur HF-Entkopplung des Photovoltaikgenerators von der Wechselspannungseingangsseite des Wechselrichters vorgesehen. In einer besonders bevorzugten, einfach implementierbaren Ausführungsform ist die induktive HF-Entkopplungseinrichtung durch eine einzige Induktivität, bspw. eine Drossel, Spule oder dergleichen, gebildet, die in Reihe zu der Vorspannungserzeugungseinrichtung zwischen Erde und dem Neutralleiter angeschlossen ist. Der Neutralleiter ist vorzugsweise mit dem Sternpunkt des am Ausgang des Wechselrichters angeschlossenen Netztransformators, wie oben erläutert, und bevorzugterweise auch mit dem Schutzleiter der Photovoltaikanlage verbunden.The inventive inductive RF decoupling device is provided for RF decoupling of the photovoltaic generator from the AC input side of the inverter. In a particularly preferred, easily implementable embodiment, the inductive RF decoupling device is formed by a single inductance, for example a choke, coil or the like, which is connected in series with the bias voltage generating device between earth and the neutral conductor. The neutral conductor is preferably connected to the star point of the network transformer connected to the output of the inverter, as explained above, and preferably also to the protective conductor of the photovoltaic system.

Die Induktivität wirkt wie ein HF-Widerstand zur Trennung bzw. Dämpfung hochfrequenter Ableitströme. Sie ermöglicht die Potentialsprünge an dem Sternpunkt und verhindert, dass diese auf die Gleichspannungsseite rückgekoppelt werden. Gleichzeitig wird an dem Sternpunkt ein der durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung vorgegebenen Vorspannung entsprechendes mittleres Potential aufrechterhalten, das auch das (mittlere) Potential auf der Gleichspannungsseite des Wechselrichters bzw. an dem Photovoltaikgenerator bestimmt.The inductance acts as an HF resistor for the separation or damping of high-frequency leakage currents. It enables the potential jumps at the star point and prevents them from being fed back to the DC side. At the same time, a mean potential corresponding to the bias predetermined by the bias voltage generating means is maintained at the neutral point, which also determines the (average) potential on the DC side of the inverter or on the photovoltaic generator.

In der alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen induktiven HF-Entkopplungseinrichtung weist diese die der Anzahl der Phasen des Wechselrichterausgangsspannung entsprechende Anzahl von Induktivitäten auf, die jeweils mit einem Wechselspannungsausgangsanschluss des Wechselrichters verbunden und andererseits an einem gemeinsamen Verbindungspunkt zusammengeschlossen sind. An den Verbindungspunkt ist dann die Vorspannungserzeugungseinrichtung angeschlossen. Vorteilhafterweise kann diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen HF-Entkopplungseinrichtung bei Netztransformatoren sowohl in Sternschaltung als auch in Dreiecksschaltung verwendet werden, weil der gemeinsame Verbindungspunkt der Induktivitäten einen virtuellen Sternpunkt für den Anschluss einer Vorspannungserzeugungseinrichtung bildet. Im Übrigen sind die mehreren Induktivitäten zur Trennung bzw. Dämpfung von hochfrequenten Ableitströmen in gleicher Weise wirksam wie die einzelne Induktivität der vorstehend erläuterten Ausführungsform.In the alternative embodiment of the inductive RF decoupling device according to the invention, this has the number of phases of the inverter output voltage corresponding number of inductors, which are each connected to an AC output terminal of the inverter and on the other hand connected together at a common connection point. The bias voltage generating device is then connected to the connection point. Advantageously, this embodiment of the RF decoupling device according to the invention can be used in mains transformers both in star connection and in delta connection, because the common connection point of the inductors forms a virtual neutral point for the connection of a bias voltage generating device. Incidentally, the plurality of inductors for separating or damping high-frequency leakage currents are effective in the same way as the single inductance of the embodiment explained above.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Messparametern, einschließlich der Gleichspannungspotentiale am Eingang des Wechselrichters und eines Stroms in dem Zweig der Vorspannungserzeugungseinrichtung, sowie eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, auf der Basis der Messparameter den Betrieb der Vorrichtung zu steuern, mögliche Fehlerzustände zu erkennen und darauf zu reagieren. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung auch dazu eingerichtet, den Wert der durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung angelegten Vorspannung anhand der erfassten Messparameter je nach Bedarf variabel einzustellen. Insbesondere kann sie in der Lage sein, die Größe der Vorspannung an die Spannung des Photovoltaikgenerators geeignet anzupassen, die je nach Tageszeit, Einstrahlungsverhältnissen, Temperatur und sonstigen Witterungs- und Umgebungsverhältnissen variiert. Zum Beispiel kann für den Leerlaufbetrieb ein höheres Vorspannungspotential entsprechend der höheren Generatorspannung im Leerlauf bereitgestellt werden, während im Betrieb das Vorspannungspotential passend reduziert werden kann, um hohe Isolationsbelastungen und Verluste, wie sie mit einem starren Vorspannungswert verbunden wären, zu vermeiden.In a preferred embodiment of the invention, the apparatus further comprises a sensor device for detecting measurement parameters, including the DC potentials at the input of the inverter and a current in the branch of the bias voltage generation device, and a control device, which is adapted to operate on the basis of the measurement parameters to control the device to detect possible fault conditions and to respond to it. Preferably, the control device is also set up to variably set the value of the bias voltage applied by the bias voltage generation device on the basis of the detected measurement parameters as required. In particular, it may be able to suitably adjust the magnitude of the bias voltage to the voltage of the photovoltaic generator, which varies depending on the time of day, irradiation conditions, temperature and other weather and environmental conditions. For example, for idle operation, a higher bias potential corresponding to the higher generator voltage at idle may be provided, while in operation, the bias potential may be appropriately reduced to avoid high isolation loads and losses associated with a fixed bias value.

Es ist selbstverständlich, dass die Steuereinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung des Wechselrichters einerseits und der Vorspannungserzeugungseinrichtung andererseits nach Belieben entweder durch eine gemeinsame integrale Steuereinheit oder durch unterschiedliche, verteilte Steuereinheiten gebildet und in Software und/oder Hardware ausgeführt sein kann.It goes without saying that the control device for controlling the inverter on the one hand and the bias voltage generating device on the other hand can be formed at will either by a common integral control unit or by different, distributed control units and executed in software and / or hardware.

Die Steuereinrichtung kann eine Logik zur Erkennung von Erdschlüssen bzw. Isolationsfehlern anhand der von der Sensoreinrichtung erfassten Messparameter aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist diese Logik ferner zur Erkennung eines schleichenden Isolationsfehlers wie folgt eingerichtet: Zunächst gibt die Logik einen ersten Wert für das Vorspannungspotential der Vorspannungserzeugungseinrichtung vor, und es wird die Größe der Gleichspannungspotentiale am Eingang des Wechselrichters und der Strom in dem Zweig der Vorspannungserzeugungseinrichtung gemessen. Anschließend modifiziert die Logik aktiv das Potential der Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung und gibt einen zweiten Wert für diese vor. Die Sensoreinrichtung erfasst daraufhin die Größe der Gleichspannungspotentiale am Eingang des Wechselrichters und den Strom in dem Zweig der Vorspannungserzeugungseinrichtung für den zweiten vorgegebenen Vorspannungspotentialwert. Aus den Mess- und Vorgabewerten für die Spannungspotentiale und die Ströme bestimmt die Logik anschließend die Isolationswiderstände an dem positiven und dem negativen Gleichspannungseingangsanschluss des Wechselrichters. Durch Vergleich der ermittelten Isolationswiderstände mit Referenzwerten kann die Logik das Einsetzen eines Isolationsfehlers rechtzeitig erkennen. Vorteilhafterweise kann diese Erkennung eines schleichenden Isolationsfehlers auch im Betrieb, bspw. auf periodischer Basis erfolgen.The control device can have logic for detecting ground faults or insulation faults on the basis of the measurement parameters detected by the sensor device. In a particularly preferred embodiment, this logic is further configured to detect a creeping isolation fault as follows: First, the logic provides a first value for the bias potential of the bias generator, and the magnitude of the DC potentials at the input of the inverter and the current in the branch of the inverter Bias voltage generator measured. Subsequently, the logic actively modifies the potential of the bias voltage of the bias generator and provides a second value for it. The sensor device then detects the magnitude of the DC potentials at the input of the inverter and the current in the branch of the bias voltage generator for the second predetermined bias potential value. From the measurement and default values for the voltage potentials and currents, the logic then determines the isolation resistances at the positive and negative DC input terminals of the inverter. By comparing the determined insulation resistances with reference values, the Logic recognize the onset of an insulation fault in good time. Advantageously, this recognition of a creeping insulation fault can also take place during operation, for example on a periodic basis.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Zusatzmodul für eine Vorrichtung zur Umwandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator in eine ausgangsseitige Wechselspannung geschaffen, wobei die Vorrichtung wenigstens einen transformatorlosen Wechselrichter mit einem Gleichspannungseingang zum Anschluss eines Photovoltaikgenerators und einen Wechselspannungsausgang aufweist. Das erfindungsgemäße Zusatzmodul weist einen Anschluss zur Verbindung mit dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters, eine Vorspannungserzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Anschluss, wodurch im Betrieb auch das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang des Wechselrichters beeinflusst wird, wenn der Anschluss des Zusatzmoduls mit dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters verbunden ist, und eine induktive HF-Entkopplungseinrichtung auf, die im Betrieb zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters eingerichtet ist, wenn der Anschluss des Zusatzmoduls mit dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters verbunden ist.According to a further aspect of the invention, an additional module for a device for converting an input-side applied electrical DC voltage from a photovoltaic generator is provided in an output-side AC voltage, wherein the device comprises at least one transformerless inverter with a DC input for connection of a photovoltaic generator and an AC output. The add-on module according to the invention has a connection for connection to the AC output of the inverter, biasing means for applying a bias potential to the connection, thereby also affecting the voltage potential at the DC input of the inverter during operation when the connection of the additional module is connected to the AC output of the inverter , and an inductive RF decoupling device, which is configured in operation for RF decoupling of the AC side from the DC side of the inverter when the terminal of the additional module is connected to the AC output of the inverter.

Das Zusatzmodul kann somit als nachrüstbare Baueinheit in einer bestehenden Photovoltaikanlage nachträglich eingebaut werden. Es kann prinzipiell an einer beliebigen Stelle zwischen dem Wechselrichterausgang und einem Netztransformator angeschlossen, in dem Gehäuse des Wechselrichters oder des Netztransformators untergebracht oder in den Wechselrichter bzw. Netztransformator integriert werden. Im Übrigen kann das Zusatzmodul, insbesondere dessen HF-Entkopplungseinrichtung, Vorspannungserzeugungseinrichtung und Steuereinrichtung, in der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Umwandlungseinrichtung vorstehend beschrieben Weise weitergebildet werden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorstehende Beschreibung möglicher Ausführungsformen und deren Vorteile verwiesen.The additional module can thus be retrofitted as a retrofittable unit in an existing photovoltaic system. It can in principle be connected at any point between the inverter output and a mains transformer, housed in the housing of the inverter or the mains transformer or integrated into the inverter or mains transformer. Incidentally, the additional module, in particular its RF decoupling device, bias voltage generation device and control device, can be further developed in the manner described above in connection with the conversion device according to the invention. To avoid repetition, reference is made to the above description of possible embodiments and their advantages.

Die Erfindung ermöglicht es, transformatorlose Wechselrichter an Photovoltaikgeneratoren zu betreiben, die aus Dünnschichtmodulen oder kristallinen Modulen mit rückseitiger Zellenkontaktierung aufgebaut sind, unter Vermeidung von Beschädigungen und Wirkungsgradminderungen aufgrund von TCO-Korrosionen und Polarisationseffekten und unter Vermeidung hoher Ableitströme an dem Photovoltaikgenerator, die einen Schaden an den Komponenten der Photovoltaikanlage verursachen können.The invention makes it possible to operate transformerless inverters on photovoltaic generators made of thin-film modules or crystalline modules with back cell contacting, avoiding damage and efficiency reductions due to TCO corrosion and polarization effects and avoiding high leakage currents to the photovoltaic generator causing damage can cause the components of the photovoltaic system.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder der Unteransprüche. In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:Further details of advantageous embodiments of the invention are the subject of the drawing, the description or the dependent claims. In the drawings, embodiments of the invention are illustrated. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage zur Umwandlung einer Gleichspannung eines Photovoltaikgenerators in eine Wechselspannung zur Einspeisung in ein Netz mit einer Vorspannungseinrichtung und einer HF-Entkopplungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, in stark schematisierter Darstellung; 1 a photovoltaic system according to the invention for converting a DC voltage of a photovoltaic generator into an AC voltage for feeding into a network with a biasing device and an RF decoupling device according to a first embodiment, in a highly schematic representation;

2 eine Ausführungsform eines Wechselrichters zur Verwendung in der Photovoltaikanlage nach 1, in vereinfachter Darstellung; 2 an embodiment of an inverter for use in the photovoltaic system according to 1 in simplified representation;

3 eine Photovoltaikanlage mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen HF-Entkopplungseinrichtung, in stark schematisierter Darstellung; und 3 a photovoltaic system with a further embodiment of an RF decoupling device according to the invention, in a highly schematic representation; and

4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung von Isolationsfehlern. 4 a block diagram of a method according to the invention for the detection of insulation errors.

1 zeigt stark schematisiert eine Photovoltaikanlage 1, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator in eine ausgangsseitige Wechselspannung bildet. Die Photovoltaikanlage 1 weist einen Photovoltaikgenerator 2 und einen dreiphasigen Wechselrichter 3 auf. Der Photovoltaikgenerator 2 weist ein oder mehrere, hier nicht im Einzelnen dargestellte PV-Module auf, die durch beliebige kristalline Module oder Dünnschichtmodule gebildet sein können, wie sie in der Technik bekannt sind, und die in Reihe miteinander verbunden sind, um eine einzige Ausgangsgleichspannung an den Ausgangspolen 4, 6 des Photovoltaikgenerators 2 zu erzeugen. 1 shows a schematic diagram of a photovoltaic system 1 , which forms a device according to the invention for converting an input-side applied electrical DC voltage from a photovoltaic generator into an output-side AC voltage. The photovoltaic system 1 has a photovoltaic generator 2 and a three-phase inverter 3 on. The photovoltaic generator 2 has one or more PV modules, not shown in detail herein, which may be formed by any crystalline modules or thin film modules known in the art and connected in series to form a single DC output voltage at the output terminals 4 . 6 of the photovoltaic generator 2 to create.

Der Wechselrichter 3 ist zur Umwandlung der durch den Photovoltaikgenerator 2 an seinem Eingang 7 bereitgestellten Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung an seinem Ausgang 8 eingerichtet. Hierzu weist der Wechselrichter den Eingang 7 mit einem positiven und einem negativen Eingangsanschluss 9, 11 auf, die jeweils mit dem positiven bzw. negativen Pol 4, 6 des Photovoltaikgenerators 2 verbunden sind, und den vierpoligen Ausgang 8 auf, zu dem die drei Ausgangsanschlüsse (L1, L2, L3) 12, 13, 14, die die einzelnen Phasen der ausgangsseitigen Wechselspannung des Wechselrichters 3 führen, und ein Neutralausgangsanschluss (N) 16 des Wechselrichters 3 gehören.The inverter 3 is for conversion by the photovoltaic generator 2 at his entrance 7 provided DC voltage in a three-phase AC voltage at its output 8th set up. For this purpose, the inverter has the input 7 with a positive and a negative input connection 9 . 11 on, each with the positive or negative pole 4 . 6 of the photovoltaic generator 2 connected, and the four-pole output 8th to which the three output terminals (L1, L2, L3) 12 . 13 . 14 representing the individual phases of the output AC voltage of the inverter 3 lead, and a neutral output terminal (N) 16 of the inverter 3 belong.

Eine mögliche Ausführungsform des Wechselrichters 3 ist in stark schematisierter Weise in 2 veranschaulicht. Der Wechselrichter 3 weist einen Gleichspannungszwischenkreis 17 mit zwei in Reihe geschalteten Energiezwischenspeichern 18, 19 in Form von Kondensatoren C auf, die mit einem Ende jeweils an dem positiven bzw. negativen Eingangsanschluss 9, 11 des Wechselrichters 3 angeschlossen und mit ihrem anderen Ende an einem Verbindungspunkt 21 zusammengeschlossen sind, der über eine durch den Wechselrichter 3 hindurchführende Leitung 22 mit dem Neutralausgangsanschluss 16 elektrisch verbunden ist. Die Zwischenkreiskondensatoren 17, 18 und die Neutralleitung 22 bilden einen Teil einer Symmetrierschaltung 23, die dazu dient, die Potentiale an den Eingangsanschlüssen 9, 11 des Wechselrichters 3 in Bezug auf das Potential an der Neutralleitung 22 symmetrisch festzulegen.A possible embodiment of the inverter 3 is in a very schematic way in 2 illustrated. The inverter 3 has a DC voltage intermediate circuit 17 with two energy buffers in series 18 . 19 in the form of capacitors C, having one end respectively at the positive and negative input terminals 9 . 11 of the inverter 3 connected and with its other end at a connection point 21 are joined together by one through the inverter 3 passing line 22 with the neutral output connection 16 electrically connected. The DC link capacitors 17 . 18 and the neutral line 22 form part of a balancing circuit 23 , which serves the potentials at the input terminals 9 . 11 of the inverter 3 in terms of the potential at the neutral line 22 set symmetrically.

Der Wechselrichter 3 weist ferner eine Schalteranordnung 24 auf, die an die Eingangsanschlüsse 9, 11 parallel zu den Zwischenkreiskondensatoren 18, 19 angeschlossen ist. Die Schalteranordnung 24 ist durch eine Parallelschaltung von drei im Wesentlichen identischen Halbbrücken 26 gebildet, die jeweils zwei in Reihe miteinander verbundene Schaltereinheiten 27, 28 aufweisen, die mit hohen Frequenzen von bis zu 100 kHz schaltbar sind. Obwohl die Schaltereinheiten 27, 28 hier lediglich symbolhaft dargestellt sind, werden bevorzugterweise verlustarme IGBT-(Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOS-Feldeffekttransistor-Schalter eingesetzt. Parallel zu jeder Schaltereinheit 27, 28 ist in herkömmlicher Weise jeweils eine (nicht veranschaulichte) Freilaufdiode in entgegengesetzter Durchlassrichtung geschaltet. Der Verbindungspunkt 29 zwischen den Schaltereinheiten 27, 28 jeder Halbbrücke 26 ist über eine Verbindungsleitung 31, die eine Speicherdrossel 32 enthält, zu dem jeweiligen Wechselspannungsausgangsanschluss 12, 13 bzw. 14 hinausgeführt. Die Schaltereinheiten 27, 28 der jeweiligen Halbbrücken 26 werden derart getaktet, dass an den Ausgangsanschlüssen 12, 13, 14 ein dreiphasiger Wechselstrom zur Einspeisung in ein Netz erzeugt wird, der vorzugsweise drei im Wesentlichen betragsgleiche, jedoch jeweils um 120° zueinander phasenverschobene Ausgangsströme aufweist.The inverter 3 also has a switch arrangement 24 on, connected to the input terminals 9 . 11 parallel to the DC link capacitors 18 . 19 connected. The switch arrangement 24 is by a parallel connection of three substantially identical half-bridges 26 formed, each two in series interconnected switch units 27 . 28 have, which are switchable with high frequencies of up to 100 kHz. Although the switch units 27 . 28 shown here only symbolically, preferably low-loss IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOS field effect transistor switches are used. Parallel to each switch unit 27 . 28 is conventionally connected in each case one (not illustrated) freewheeling diode in the opposite forward direction. The connection point 29 between the switch units 27 . 28 every half bridge 26 is via a connection line 31 holding a storage choke 32 contains, to the respective AC output terminal 12 . 13 respectively. 14 led out. The switch units 27 . 28 the respective half bridges 26 are clocked such that at the output terminals 12 . 13 . 14 a three-phase alternating current for feeding into a network is generated, which preferably has three substantially equal in magnitude, but in each case by 120 ° phase-shifted output currents.

Erneut bezugnehmend auf 1 ist der Ausgang 8 des Wechselrichters 3 mit einem Netz 32, bspw. einem öffentlichen Stromversorgungsnetz oder einem Hochspannungsübertragungsnetz, über einen ausgangsseitigen Transformator 33 verbunden, der für eine galvanische Trennung zwischen dem Wechselrichterausgang 8 und dem Netz 32 und für eine Anpassung der Größe der vom Wechselrichter gelieferten Ausgangsspannungen und -ströme an die vom Netz 32 geforderten Größen sorgt.Referring again to 1 is the exit 8th of the inverter 3 with a network 32 , For example, a public power grid or a high voltage transmission network, via an output-side transformer 33 connected for galvanic isolation between the inverter output 8th and the network 32 and for matching the magnitude of the output voltages and currents supplied by the inverter to those of the grid 32 required sizes.

Der Transformator 33 ist hier in herkömmlicher Weise als ein Dreiphasentransformator mit einer Primärseite 34 und einer Sekundärseite 36 ausgebildet, die jeweils drei zu einem Stern geschaltete primäre Wicklungen 37 auf der Primärseite 34 und drei zu einem Stern geschaltete sekundäre Wicklungen 38 auf der Sekundärseite 36 aufweisen. Der zentrale Verbindungspunkt bzw. Sternpunkt der primären Wicklungen 37 bildet den Neutralanschluss 39 des Transformators 33. Wie veranschaulicht, ist der Neutralanschluss 39 über einen Neutralleiter 41 mit dem Neutralausgangsanschluss 16 des Wechselrichters und über die wechselrichterinterne Neutralleitung 22 ferner mit dem Verbindungspunkt 21 der Zwischenkreiskondensatoren 17, 18 verbunden.The transformer 33 is here conventionally referred to as a three-phase transformer with a primary side 34 and a secondary side 36 formed, each having three switched to a star primary windings 37 on the primary side 34 and three secondary windings connected to a star 38 on the secondary side 36 exhibit. The central connection point or neutral point of the primary windings 37 forms the neutral connection 39 of the transformer 33 , As illustrated, the neutral connection is 39 via a neutral conductor 41 with the neutral output connection 16 of the inverter and via the inverter-internal neutral line 22 further with the connection point 21 the DC link capacitors 17 . 18 connected.

Wie ferner aus 1 hervorgeht, ist der Neutralanschluss 39 des Transformators 33 auch mit einem ersten Anschluss 40 eines Zweigs 42 verbunden, in dem eine Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 angeordnet ist, die mit einem anderen Anschluss an die Erde 44 angeschlossen ist. Die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 dient dazu, im Betrieb an dem Anschluss 40 bzw. dem Neutralanschluss 39 des Transformators und somit dem Neutralausgangsanschluss 16 des Wechselrichters 3 ein definiertes Vorspannungspotential anzulegen, das dann über die Neutralleiter 41, 22 an den Verbindungspunkt 21 des Gleichspannungszwischenkreises 17 angekoppelt wird. Hierzu weist die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 eine Konstantspannungsquelle 46 auf, die eine konstante Spannung mit variabel einstellbarer Größe an ihrem mit dem Neutralanschluss 39 verbundenen Ausgangsanschluss liefert.As further out 1 is apparent, is the neutral connection 39 of the transformer 33 also with a first connection 40 a branch 42 in which a bias voltage generator 43 is arranged, with another connection to the earth 44 connected. The bias generator 43 serves to operate at the port 40 or the neutral connection 39 of the transformer and thus the neutral output terminal 16 of the inverter 3 apply a defined bias potential, which then via the neutral 41 . 22 to the connection point 21 of the DC intermediate circuit 17 is coupled. For this purpose, the bias voltage generating device 43 a constant voltage source 46 on which a constant voltage with variably adjustable size at its with the neutral connection 39 connected output terminal supplies.

Zur Einstellung der Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 und zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 3 in Abhängigkeit von momentanen Betriebs- und Umgebungsbedingungen ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die hier nur schematisiert in Form eines Blocks 47 dargestellt ist. Die Steuereinrichtung 47 ist mit einer Sensoreinrichtung 48 gekoppelt, die unterschiedliche Messparameter an der Photovoltaikanlage 1 erfasst und hierzu kennzeichnende Werte an die Steuereinrichtung 47 liefert. Zu den erfassten Messparametern gehören unter anderem die Gleichspannungspotentiale UDC+, UDC– an dem positiven und negativen Eingangsanschluss 9, 11 des Wechselrichters 3, wie in 1 angedeutet, sowie bspw. die Wechselspannungen und/oder Wechselströme an den Ausgangsanschlüssen 12, 13, 14 (hier nicht näher dargestellt).For adjusting the bias voltage of the bias voltage generator 43 and for controlling the operation of the inverter 3 Depending on current operating and environmental conditions, a control device is provided, which here only schematically in the form of a block 47 is shown. The control device 47 is with a sensor device 48 coupled, the different measurement parameters on the photovoltaic system 1 recorded and this characteristic values to the controller 47 supplies. The measured measurement parameters include, among others, the DC potentials U DC + , U DC- at the positive and negative input connection 9 . 11 of the inverter 3 , as in 1 indicated, as well as, for example, the alternating voltages and / or alternating currents at the output terminals 12 . 13 . 14 (not shown here).

Die soweit beschriebene Photovoltaikanlage ist an sich bekannt und funktioniert wie folgt: Der Photovoltaikgenerator 2 wandelt die von der Sonne erhaltene Strahlungsenergie in elektrische Energie um und erzeugt dadurch eine Gleichspannung an seinen Polen 4, 6. Die vom Photovoltaikgenerator 2 gelieferte Spannung hängt von den Einstrahlungsverhältnissen, der Temperatur, Feuchtigkeit in der Umgebung des Photovoltaikgenerators sowie von weiteren Faktoren ab und beträgt im Allgemeinen im Betrieb in etwa 600 bis 1000 Volt. Der Wechselrichter 3 wandelt die Gleichspannung an seinem Eingang 7 in eine dreiphasige Wechselspannung an seinem Ausgang 8 um, von dem aus die dreiphasige Wechselspannung über den Transformator 33 in das Netz 32 eingespeist wird. Der Wechselrichter 3 wird von der Steuereinrichtung 47 entsprechend den durch die Sensoreinrichtung 48 gemessenen Betriebswerten passend angesteuert, um an seinem Ausgang die zum Einspeisen geeigneten Wechselspannungen und Wechselströme zu liefern. Der Transformator 33 passt diese entsprechend den Anforderungen des Netzes an.The photovoltaic system described so far is known per se and works as follows: The photovoltaic generator 2 converts the radiation energy received from the sun into electrical energy and thereby generates a DC voltage at its poles 4 . 6 , The from the photovoltaic generator 2 supplied voltage depends on the irradiation conditions, the temperature, humidity in the environment of the photovoltaic generator as well as others Factors and is generally in operation in about 600 to 1000 volts. The inverter 3 converts the DC voltage at its input 7 in a three-phase AC voltage at its output 8th from which the three-phase AC voltage across the transformer 33 in the net 32 is fed. The inverter 3 is from the controller 47 according to the through the sensor device 48 measured operating values suitably to provide at its output suitable for feeding AC voltages and AC currents. The transformer 33 adapts these according to the requirements of the network.

Während des Betriebs legt die Vorspannungserzeugungseinrichtung eine Vorspannung an dem Neutralanschluss 39 des Transformators 33 an und bewirkt dadurch eine Verschiebung des Gleichspannungspotentials an der Primärseite 34 des Transformators 33 und damit auch an dem Ausgang 8, insbesondere dem Neutralausgangsanschluss 16 des Wechselrichters 3 gegenüber dem Erdpotential um die Vorspannung. Infolge der Symmetrierschaltung 23, einschließlich der Neutralleiter 22, 41, sind die Potentiale an dem positiven und negativen Eingangsanschluss 9, 11 in Bezug auf die Vorspannung symmetrisch zueinander, betragen also in etwa 0 Volt an einem der Anschlüsse 9, 11 und ungefähr das Doppelte der Vorspannung an dem anderen Anschluss 9, 11. Durch Auswahl einer geeigneten Größe und Polarität für die Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 gegenüber dem Erdpotential kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass die Potentiale gegen die Erde für alle Photovoltaikmodule des Photovoltaikgenerators z. B. entweder nichtnegativ oder nichtpositiv sind und stets nahe an dem Erdpotential liegen.During operation, the bias voltage generator applies a bias to the neutral terminal 39 of the transformer 33 and thereby causes a shift of the DC potential at the primary side 34 of the transformer 33 and thus also at the exit 8th , in particular the neutral output connection 16 of the inverter 3 opposite the earth potential around the bias voltage. As a result of the balancing circuit 23 , including the neutral conductor 22 . 41 , are the potentials at the positive and negative input terminal 9 . 11 in terms of bias symmetrical to each other, so be approximately 0 volts at one of the terminals 9 . 11 and about twice the bias voltage at the other terminal 9 . 11 , By selecting an appropriate magnitude and polarity for the bias of the bias generator 43 compared to the ground potential can be ensured in this way that the potentials against the earth for all photovoltaic modules of the photovoltaic generator z. B. are either non-negative or non-positive and are always close to the ground potential.

Wie bekannt ist, bilden Photovoltaikmodule elektrisch aufladbare Flächen, die einem geerdeten Gestell gegenüberliegen und somit parasitäre Kapazitäten bilden, die Ladung speichern können. Die parasitären Kapazitäten der Photovoltaikmodule sind verhältnismäßig groß und liegen im Bereich von etwa 1 μF pro Kabelspitzenspannung. Sie hängen von konstruktiven Faktoren, wie den verwendeten Materialien und der zur Ladungsspeicherung wirksamen Fläche, ab und können durch wetterbedingte Faktoren, z. B. bei Benetzung mit Wasser, erheblich vergrößert werden. Jedenfalls sind die parasitären Kapazitäten von Photovoltaikmodulen erheblich größer als die auf der Wechselspannungsseite eines transformatorlosen Wechselrichters. In 1 sind die parasitären Kapazitäten des Photovoltaikgenerators 2 durch zwei Kapazitäten 49, 51 angedeutet, die zwischen dem positiven bzw. negativen Pol 4, 6 des Photovoltaikgenerators 2 und Masse angeschlossen sind.As is known, photovoltaic modules form electrically chargeable surfaces, which face a grounded frame and thus form parasitic capacitances that can store charge. The parasitic capacitances of the photovoltaic modules are relatively large and are in the range of about 1 μF per cable peak voltage. They depend on design factors, such as the materials used and the charge storage area, and may be due to weather-related factors, e.g. B. when wetted with water, be significantly increased. In any case, the parasitic capacitances of photovoltaic modules are considerably larger than those on the AC side of a transformerless inverter. In 1 are the parasitic capacities of the photovoltaic generator 2 through two capacities 49 . 51 indicated that between the positive and negative pole 4 . 6 of the photovoltaic generator 2 and ground are connected.

In einer herkömmlichen Photovoltaikanlage mit einem dreiphasigen Wechselrichter insbesondere der Halbbrückenkonfiguration, wie in 2 veranschaulicht, ohne die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 springt das Wechselspannungspotential an dem Neutralanschluss bzw. Sternpunkt 39 des Transformators 33 bedingt durch die Taktung des Wechselrichters. Das Wechselspannungspotential springt mit einer Amplitude, die von dem verwendeten Taktmuster und Modulationsverfahren abhängt, und mit einer Frequenz, die in etwa der dreifachen Taktfrequenz des Wechselrichters 3 entspricht. Wenn aber die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 an dem Neutralanschluss 39 angeschlossen wird, wird dadurch das Potential an diesem festgehalten. Die erforderlichen Potentialsprünge werden nun über die Symmetrierschaltung 23 auf die Gleichspannungseingangsseite des Wechselrichters 3 und weiter auf den Photovoltaikgenerator 2 übertragen. Durch die Spannungssprünge müssen die hohen parasitären Kapazitäten des Photovoltaikgenerators 2 ständig umgeladen werden, was hohe Verschiebungsströme an dem Photovoltaikgenerator zur Folge hat, die zu den parasitären Kapazitäten und der Spannungsamplitude proportional sind. Die Verschiebungsströme ergeben Ableitströme, die gegen Erde abfließen und die im Kreis durch die Anlage, insbesondere durch den Wechselrichter 3 und die Konstantspannungsquelle 46 der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 fließen und diese beschädigen können. Außerdem können derartige kapazitive Ableitströme die Fehlerstromüberwachung eines Wechselrichters 3 und folglich dessen Trennung vom Netz auslösen.In a conventional photovoltaic system with a three-phase inverter, in particular the half-bridge configuration, as in 2 illustrated without the bias generator 43 the AC potential jumps at the neutral connection or star point 39 of the transformer 33 conditioned by the clocking of the inverter. The AC potential jumps with an amplitude which depends on the clock pattern and modulation method used, and with a frequency which is approximately three times the clock frequency of the inverter 3 equivalent. But if the bias generator 43 at the neutral connection 39 is connected, thereby the potential is held on this. The required potential jumps are now via the balancing circuit 23 to the DC input side of the inverter 3 and on to the photovoltaic generator 2 transfer. Due to the voltage jumps, the high parasitic capacitances of the photovoltaic generator must 2 be constantly reloaded, which has high displacement currents at the photovoltaic generator result, which are proportional to the parasitic capacitances and the voltage amplitude. The displacement currents produce leakage currents that drain against earth and that circulate through the system, in particular through the inverter 3 and the constant voltage source 46 the bias generator 43 flow and damage them. In addition, such capacitive leakage currents can be the fault current monitoring of an inverter 3 and thus trigger its disconnection from the network.

Um dies zu vermeiden ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine induktive HF-Entkopplungseinrichtung 52 zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters 3 vorgesehen. Wie aus 1 ersichtlich, ist die induktive HF-Entkopplungseinrichtung 52 in der bevorzugten Ausführungsform in 1 durch eine Induktivität 53 gebildet, die zwischen dem Anschluss 40 bzw. dem Neutralanschluss 39 des Transformators 33 und der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 angeschlossen ist. Die Induktivität 53 weist einen geeigneten Induktivitätswert im Sinne eines hohen HF-Widerstands auf, um die im Betrieb zu erwartenden hochfrequenten Ableitströme hinreichend zu blockieren bzw. zu dämpfen. Die Induktivität 53 ermöglicht die Wechselspannungspotentialsprünge an dem Neutralanschluss 39, hält aber dessen Potential bei einem konstanten Mittelwert, der der durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 vorgegebenen Vorspannung entspricht. Dadurch bleibt der Photovoltaikgenerator 2 insofern „ruhig”, als es zu keinen wesentlichen Spannungssprüngen und Verschiebungsströmen an diesem kommt. Durch die erfindungsgemäße HF-Entkopplungseinrichtung 52 können die ansonsten durch Klemmung des Neutralpunkts 39 verursachten kapazitiven Ableitströme an dem Photovoltaikgenerator 2 wirksam vermieden werden.To avoid this is according to the present invention, an inductive RF decoupling device 52 for RF decoupling of the AC side from the DC side of the inverter 3 intended. How out 1 can be seen, is the inductive RF decoupling device 52 in the preferred embodiment 1 through an inductance 53 formed between the terminal 40 or the neutral connection 39 of the transformer 33 and the bias generator 43 connected. The inductance 53 has a suitable inductance value in the sense of a high RF resistance in order to sufficiently block or attenuate the high-frequency leakage currents to be expected during operation. The inductance 53 allows the AC potential jumps at the neutral terminal 39 but keeps its potential at a constant mean, that of the bias voltage generator 43 predetermined bias corresponds. This leaves the photovoltaic generator 2 insofar as "quiet", as it comes to no significant voltage jumps and displacement currents at this. By the RF decoupling device according to the invention 52 can otherwise by clamping the neutral point 39 caused capacitive leakage currents at the photovoltaic generator 2 effectively avoided.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage 1 mit einem modifizieren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen induktiven HF-Entkopplungseinrichtung 52 zur Entkopplung der Wechselspannungsausgangsseite des Wechselrichters 3 von seiner Gleichspannungseingangsseite. Soweit Übereinstimmung in Bau und/oder Funktion besteht, wird unter Zugrundelegung der gleichen Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung im Zusammenhang mit 1 und 2 verwiesen. 3 shows a further embodiment of a photovoltaic system according to the invention 1 with a modified embodiment of an inductive RF decoupling device according to the invention 52 for decoupling the AC output side of the inverter 3 from its DC input side. As far as conformity in construction and / or function is made on the basis of the same reference numerals to the above description in connection with 1 and 2 directed.

Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Umwandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator 2 in eine ausgangsseitige Wechselspannung gemäß 3 unterscheidet sich von derjenigen nach 1 im Wesentlichen nur durch die Anordnung und Ausbildung der HF-Entkopplungseinrichtung 52. Diese ist hier nicht zwischen dem Neutralanschluss 39 des Transformators 33 und der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 sondern zwischen dieser und den Eingangsanschlüssen des Transformators 33 angeschlossen. Die aus der HF-Entkopplungseinrichtung 52 und der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 gebildete Einheit weist also drei Anschlüsse 40a, 40b bzw. 40c zur Verbindung mit jeweiligen Ausgangsanschlüssen 12, 13 bzw. 14 des Wechselrichters 3 auf. Die HF-Entkopplungseinrichtung 52 weist drei Induktivitäten 54, 56 und 57 auf, die jeweils über die Anschlüsse 40a, 40b, 40c mit einem der Wechselspannungsausgangsanschlüsse 12, 13, 14 des Wechselrichters 3 und andererseits mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt 58 verbunden sind, der einen virtuellen Sternpunkt bildet. Diese Ausführungsform kann somit auch angewandt werden, wenn der ausgangsseitige Transformator 33 nicht, wie hier dargestellt, in einer Sternschaltung, sondern in einer Dreiecksschaltung implementiert ist.The embodiment of the device 1 for converting an input side applied electrical DC voltage from a photovoltaic generator 2 in an output-side AC voltage according to 3 differs from the one after 1 essentially only by the arrangement and design of the RF decoupling device 52 , This is not here between the neutral connection 39 of the transformer 33 and the bias generator 43 but between this and the input terminals of the transformer 33 connected. The from the RF decoupling device 52 and the bias generator 43 formed unit thus has three connections 40a . 40b respectively. 40c for connection to respective output terminals 12 . 13 respectively. 14 of the inverter 3 on. The RF decoupling device 52 has three inductors 54 . 56 and 57 on, each over the connectors 40a . 40b . 40c with one of the AC output terminals 12 . 13 . 14 of the inverter 3 and on the other hand with a common connection point 58 connected, which forms a virtual star point. This embodiment can thus also be applied when the output-side transformer 33 not, as shown here, in a star connection, but is implemented in a triangular circuit.

Im Übrigen sind die einzelnen Induktivitäten 54, 56, 57 in der Ausführungsform nach 3 in der gleichen Weise wie die Induktivität 53 nach 1 zur induktiven HF-Entkopplung des Wechselspannungsausgangs 8 von dem Gleichspannungseingang 7 des Wechselrichters 3 wirksam, indem sie bei konstantem Mittelwert des Potentials an ihren Anschlüssen 40a, 40b, 40c und somit den Wechselrichterausgangsanschlüssen 12, 13, 14 entsprechend der Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 Potentialsprünge daran ermöglichen und hochfrequente Ableitströme zu der Gleichspannungsseite des Wechselrichters 3 hin blockieren bzw. dämpfen, um Ableitströme an dem Photovoltaikgenerator 2 zu minimieren.Incidentally, the individual inductors 54 . 56 . 57 in the embodiment according to 3 in the same way as the inductance 53 to 1 for inductive RF decoupling of the AC output 8th from the DC input 7 of the inverter 3 effective by keeping at constant average of the potential at their terminals 40a . 40b . 40c and thus the inverter output terminals 12 . 13 . 14 in accordance with the bias of the bias generator 43 Potential jumps allow it and high-frequency leakage currents to the DC side of the inverter 3 block or attenuate to leakage currents to the photovoltaic generator 2 to minimize.

In 3 ist eine zusätzliche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 veranschaulicht. Wie ersichtlich, erfasst die Sensoreinrichtung 48 hier die Gleichspannungspotentiale an dem positiven und negativen Eingangsanschluss 9, 11 des Wechselrichters 3 und zusätzlich den Strom I in dem Zweig 42 der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43. Durch Überwachung des Stroms I aus der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 können schwerwiegende Isolationsfehler, die Erdschlüsse bewirken, erfasst werden, so dass der Wechselrichter infolgedessen abgeschaltet werden kann, um einen weiteren Schaden zu vermeiden. Durch einen Erdschluss kann aber bereits ein Schaden an Komponenten der Anlage 1 eingetreten sein.In 3 is an additional development of the device according to the invention 1 illustrated. As can be seen, the sensor device detects 48 here the DC potentials at the positive and negative input connection 9 . 11 of the inverter 3 and additionally the current I in the branch 42 the bias generator 43 , By monitoring the current I from the bias generator 43 For example, serious insulation faults that cause ground faults can be detected so that the inverter can consequently be switched off in order to avoid further damage. However, a ground fault can already damage components of the system 1 have occurred.

In der in 3 veranschaulichten Ausführungsform weist die Steuereinrichtung 47 eine zusätzliche Logik auf, um schleichende Isolationsfehler, also Isolationsfehler bereits während ihrer Entstehung, an dem Photovoltaikgenerator 2 zu erkennen. Dies wird durch Bestimmen und Überwachen der Isolationswiderstände RISO,DC+ und RISO,DC– an dem positiven bzw. negativen Pol 4, 6 des Photovoltaikgenerators 2 gegenüber Erde bewerkstelligt. Die Isolationswiderstände RISO,DC+, RISO,DC– sind in 3 als Widerstände 59, 61, jeweils in Parallelschaltung mit der zugehörigen parasitären Kapazität 49, 51 des Photovoltaikgenerators 2 angedeutet.In the in 3 illustrated embodiment, the control device 47 an additional logic to creeping insulation fault, so insulation error already during their formation, to the photovoltaic generator 2 to recognize. This is done by determining and monitoring the isolation resistances R ISO, DC + and R ISO, DC- at the positive and negative poles, respectively 4 . 6 of the photovoltaic generator 2 accomplished against earth. The insulation resistances R ISO, DC + , R ISO, DC- are in 3 as resistors 59 . 61 , in each case in parallel with the associated parasitic capacitance 49 . 51 of the photovoltaic generator 2 indicated.

Die erfindungsgemäße Logik 62 der Steuereinrichtung 47 zur Erkennung schleichender Isolationsfehler soll im Zusammenhang mit dem Flussdiagramm nach 4 erläutert werden. Wie in 4 veranschaulicht, gibt die Steuereinrichtung 47 zunächst eine erste Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 vor (Schritt S1).The logic according to the invention 62 the control device 47 to detect creeping insulation faults in connection with the flowchart 4 be explained. As in 4 illustrates, the controller gives 47 first, a first bias of the bias voltage generating device 43 before (step S1).

Die Sensoreinrichtung 48 erfasst daraufhin die Gleichspannungspotentiale UDC+, UDC– an dem positiven und negativen Eingangsanschluss 9, 11 des Wechselrichters 3 sowie die Größe des Stroms I aus der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 und meldet diese Größe an die Steuereinrichtung 47 (Schritt S2).The sensor device 48 then detects the DC potentials U DC + , U DC- at the positive and negative input terminal 9 . 11 of the inverter 3 and the magnitude of the current I from the bias generator 43 and reports this size to the controller 47 (Step S2).

Der Vorgang wird für eine zweite vorgegebene Spannung wiederholt. Die Steuereinrichtung 47 setzt eine zweite Vorspannung an der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 fest, die sich von der ersten Vorspannung unterscheidet (Schritt S3), und erhält von der Sensoreinrichtung 48 Messwerte der Gleichspannungspotentiale UDC+, UDC– und des Stroms I in dem Zweig 42 der Vorspannungserzeugungseinrichtung 32 (Schritt S4).The process is repeated for a second predetermined voltage. The control device 47 sets a second bias on the bias generator 43 fixed, which differs from the first bias (step S3), and receives from the sensor device 48 Measured values of the DC potentials U DC + , U DC and the current I in the branch 42 the bias generator 32 (Step S4).

Anschließend oder bereits parallel zu den vorstehenden Schritten bestimmt die Steuereinrichtung 47 die Isolationswiderstände RISO,DC+, RISO,DC– aus den gemessenen Größen (Schritt S5). Wenn bspw. die Spannungen U1, U2 die vorgegebenen Vorspannungen der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 sind, IU1, UDC+,U1, UDC–,U1 bzw. IU2, UDC+,U2, UDC–,U2 die gemessenen Ströme bzw. Gleichspannungspotentiale bei der ersten bzw. zweiten vorgegebenen Vorspannung sind, können in erster Näherung für die Ströme IU1, IU2 die folgenden Gleichungen angegeben werden: IU1 = UDC+,U1/RISO,DC+ + UDC–,U1/RISO,DC– IU2 = UDC+,U2/RISO,DC+ + UDC–,U2/RISO,DC–. Subsequently or already parallel to the above steps, the controller determines 47 the insulation resistances R ISO, DC + , R ISO, DC- from the measured quantities (step S5). If, for example, the voltages U1, U2 the predetermined bias voltages of the bias voltage generating device 43 are U1 , U DC +, U1 , U DC-, U1 or I U2 , U DC +, U2 , U DC-, U2, the measured currents or DC potentials at the first and second predetermined bias voltage can, in a first approximation for the currents I U1 , I U2 the following equations are given: I U1 = U DC +, U1 / R ISO, DC + + U DC, U1 / R ISO, DC I U2 = U DC +, U2 / R ISO, DC + + U DC, U2 / R ISO, DC- .

Mit den obigen Gleichungen können die beiden unbekannten Isolationswiderstände RISO,DC+ und RISO,DC– einfach ermittelt werden.With the above equations, the two unknown insulation resistances R ISO, DC + and R ISO, DC- can be easily determined.

Die ermittelten Isolationswiderstände können bspw. mit Referenzwerten verglichen werden, um eventuelle Isolationsfehler zu erkennen (S6).The insulation resistances determined can, for example, be compared with reference values in order to detect possible insulation faults (S6).

Durch fortlaufende Überwachung der Isolationswiderstände können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise bereits schleichende Isolationsfehler erkannt werden. Das Verfahren kann auch im Betrieb durch periodische, kurzzeitige Veränderung der Vorspannung auf ein gegenüber dem normalen Betriebsniveau anderes Niveau schnell durchgeführt werden.Continuous monitoring of the insulation resistances can advantageously be used to detect creeping insulation faults with the method according to the invention. The method can also be performed quickly in operation by periodically, briefly changing the bias voltage to a different level than the normal operating level.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich. So kann bspw. der dreiphasige Wechselrichter 3 durch drei einphasige Wechselrichter ersetzt werden. Es können auch mehrere Wechselrichter ausgangsseitig parallel zueinander geschaltet werden. Ferner sind auch unterschiedliche Ausführungsformen für den Transformator 33, z. B. auch in der Dreiecksschaltung, möglich. Die HF-Entkopplungseinrichtung 52 könnte auch aus einer oder mehreren Kapazitäten und Induktivitäten aufgebaute LC-Filter zur Sperrung bestimmter Frequenzen in dem Frequenzband, in dem die hochfrequenten Ableitströme und zugehörige relevante Oberschwingungen zu erwarten sind, aufweisen. Die Ausführungsformen gemäß den 1 und 3, die allein auf den Induktivitäten 53 bzw. 54, 56, 57 beruhen, werden jedoch aufgrund ihrer einfachen Realisierungsform und hohen Wirksamkeit bevorzugt. Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße HF-Entkopplungseinrichtung 52 (bedarfsweise mit der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43) auch in bestehenden Anlagen aufwandslos nachgerüstet werden. Hierzu können die HF-Entkopplungseinrichtung 52 und die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein nachrüstbares Zusatzmodul bilden, das in bestehende Photovoltaikanlagen integriert werden kann.Numerous modifications are possible within the scope of the invention. Thus, for example, the three-phase inverter 3 be replaced by three single-phase inverters. It is also possible for several inverters to be connected in parallel on the output side. Furthermore, different embodiments for the transformer 33 , z. B. also in the triangle circuit, possible. The RF decoupling device 52 could also have built-up of one or more capacitances and inductors LC filter for blocking certain frequencies in the frequency band in which the high-frequency leakage currents and associated relevant harmonics are expected to have. The embodiments according to the 1 and 3 that alone on the inductors 53 respectively. 54 . 56 . 57 but are preferred because of their simple form of realization and high efficiency. Advantageously, the inventive HF decoupling device 52 (As needed, with the bias voltage generator 43 ) can also be retrofitted effortlessly in existing systems. For this purpose, the RF decoupling device 52 and the bias generator 43 form in a particularly preferred embodiment of the invention, a retrofittable additional module that can be integrated into existing photovoltaic systems.

Es ist eine Photovoltaikanlage 1 zur Umwandlung einer Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator 2 in eine Wechselspannung offenbart, die einen transformatorlosen Wechselrichter 3 mit hochfrequent getakteten Schaltereinheiten aufweist, dessen Gleichspannungseingang 7 an dem Photovoltaikgenerator 2 angeschlossen ist und an dessen Wechselspannungsausgang 8 eine Reihenschaltung aus einer Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 und einer induktiven HF-Entkopplungseinrichtung 52 angeschlossen ist. Die Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 dient zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Wechselspannungsausgang 8 des Wechselrichters 3, durch das indirekt das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang 7 des Wechselrichters 3 mit beeinflusst wird. Dadurch kann das Potential an dem Photovoltaikgenerator 2 passend für den Einsatz von Dünnschichtphotovoltaikmodulen oder kristallinen Photovoltaikmodulen mit rückseitiger Zellenkontaktierung vorgegeben werden. Die induktive HF-Entkopplungseinrichtung 52 dient zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters 3, um durch den Einsatz der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 bedingte kapazitive Ableitströme an dem Photovoltaikgenerator 2 zu vermeiden. Eine erfindungsgemäße Kombination aus der Vorspannungserzeugungseinrichtung 43 und der induktiven HF-Entkopplungseinrichtung 52 lässt sich aufwandsarm realisieren und in bestehenden Anlagen nachrüsten.It is a photovoltaic system 1 for converting a DC voltage from a photovoltaic generator 2 disclosed in an AC voltage, which is a transformerless inverter 3 having high frequency clocked switch units whose DC input 7 at the photovoltaic generator 2 is connected and at the AC output 8th a series circuit of a bias voltage generator 43 and an inductive RF decoupling device 52 connected. The bias generator 43 serves to apply a bias potential to the AC output 8th of the inverter 3 indirectly through the voltage potential at the DC input 7 of the inverter 3 is influenced by. This allows the potential at the photovoltaic generator 2 suitable for the use of thin-film photovoltaic modules or crystalline photovoltaic modules with backside cell contacting. The inductive RF decoupling device 52 is used for RF decoupling of the AC side of the DC side of the inverter 3 to use through the bias generator 43 conditional capacitive leakage currents at the photovoltaic generator 2 to avoid. A combination of the bias voltage generator according to the invention 43 and the inductive RF decoupling device 52 can be realized with little effort and can be retrofitted to existing systems.

Claims (14)

Vorrichtung zur Umwandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator (2) in eine ausgangsseitige Wechselspannung mit wenigstens einem transformatorlosen Wechselrichter (3), der einen Gleichspannungseingang (7) zum Anschluss eines Photovoltaikgenerators (2) und einen Wechselspannungsausgang (8) aufweist; mit einer Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3), wodurch auch das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang (7) des Wechselrichters (3) beeinflusst wird; und mit einer induktiven HF-Entkopplungseinrichtung (52), die zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters (3) eingerichtet ist, wobei die induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52) eine Induktivität (53) aufweist, die in Reihe zu der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) in einem Zweig (42) zwischen Erde (44) und einem von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite des Wechselrichters (3) hindurchgeführten Neutralleiter (22, 41) angeschlossen ist, oder die induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52) eine der Anzahl der phasenführenden Ausgangsanschlüsse (12, 13, 14) des Wechselrichters (3) entsprechende Anzahl von Induktivitäten (54, 56, 57) aufweist, die jeweils mit einem Ausgangsanschluss (12, 13, 14) und andererseits mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt (58) verbunden sind, wobei die Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zwischen Erde (44) und dem gemeinsamen Verbindungspunkt (58) angeschlossen ist.Device for converting an input DC electrical voltage from a photovoltaic generator ( 2 ) in an output-side AC voltage with at least one transformerless inverter ( 3 ), which has a DC input ( 7 ) for connecting a photovoltaic generator ( 2 ) and an AC output ( 8th ) having; with a bias generator ( 43 ) for applying a bias potential at the AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ), whereby the voltage potential at the DC input ( 7 ) of the inverter ( 3 ) being affected; and with an inductive RF decoupling device ( 52 ) for RF decoupling of the AC side of the DC side of the inverter ( 3 ), wherein the inductive RF decoupling device ( 52 ) an inductance ( 53 ) connected in series with the biasing device ( 43 ) in a branch ( 42 ) between earth ( 44 ) and one from the DC side to the AC side of the inverter ( 3 ) passed through neutral conductor ( 22 . 41 ), or the inductive RF decoupling device ( 52 ) one of the number of phase leading output terminals ( 12 . 13 . 14 ) of the inverter ( 3 ) corresponding number of inductances ( 54 . 56 . 57 ), each with an output terminal ( 12 . 13 . 14 ) and on the other hand with a common connection point ( 58 ), wherein the bias voltage generator ( 43 ) between earth ( 44 ) and the common connection point ( 58 ) connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Photovoltaikgenerator (2) mit wenigstens einem Photovoltaikmodul aufweist, das entweder ein Dünnschichtmodul oder ein kristallines Photovoltaikmodul mit rückseitig kontaktierten Photovoltaikzellen ist.Device according to claim 1, characterized in that it comprises at least one photovoltaic generator ( 2 ) having at least one photovoltaic module, which is either a thin-film module or a crystalline photovoltaic module with photovoltaic cells contacted on the back side. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (3) in der dreiphasigen Konfiguration mit drei Wechselspannungsausgangsanschlüssen (12, 13, 14) eingerichtet ist, die jeweils einer der drei Phasen seiner Ausgangsspannung zugeordnet sind, und/oder eine Halbbrücken-Konfiguration aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the inverter ( 3 ) in the three-phase configuration with three AC output terminals ( 12 . 13 . 14 ), each associated with one of the three phases of its output voltage, and / or having a half-bridge configuration. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (3) eine Symmetrierschaltung (23) aufweist, die dazu dient, die Spannungspotentiale an Eingangsanschlüssen (9, 11) des Wechselrichters (3) im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf das Vorspannungspotential einzurichten.Device according to claim 1, characterized in that the inverter ( 3 ) a balancing circuit ( 23 ), which serves the voltage potentials at input terminals ( 9 . 11 ) of the inverter ( 3 ) substantially symmetrically with respect to the bias potential. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrierschaltung (23) einen Gleichspannungszwischenkreis (17), der zwei in Reihe zueinander zwischen den Eingangsanschlüssen (9, 11) des Wechselrichters (3) angeschlossene Energiezwischenspeicher (18, 19) aufweist, sowie einen Neutralleiter (22, 41) enthält, der mit einem Verbindungspunkt (21) der beiden Energiezwischenspeicher (18, 19) elektrisch verbunden ist.Device according to Claim 4, characterized in that the balancing circuit ( 23 ) a DC voltage intermediate circuit ( 17 ), the two in series with each other between the input terminals ( 9 . 11 ) of the inverter ( 3 ) connected energy buffers ( 18 . 19 ), and a neutral conductor ( 22 . 41 ) associated with a connection point ( 21 ) of the two energy buffers ( 18 . 19 ) is electrically connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen an den Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3) angeschlossenen Netztransformator (33) aufweist, der die Wechselrichterausgangsspannung an Netzgrößen eines zu speisenden Netzes (32) angleicht.Device according to claim 1, characterized in that it further comprises an AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ) connected mains transformer ( 33 ), the inverter output voltage to network sizes of a network to be fed ( 32 ). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Netztransformator (33) eine mit dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3) verbundene Primärseite (34), eine Sekundärseite (36) zum Anschluss an ein Netz (32) und einen Neutralanschluss (39) an der Primärseite (34) aufweist, der vorzugsweise mit einem von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite des Wechselrichters (3) hindurchgeführten Neutralleiter (22, 41) verbunden ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the mains transformer ( 33 ) one with the AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ) connected primary page ( 34 ), a secondary page ( 36 ) for connection to a network ( 32 ) and a neutral connection ( 39 ) on the primary side ( 34 ), preferably with one from the DC side to the AC side of the inverter ( 3 ) passed through neutral conductor ( 22 . 41 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Netztransformator (33) ein dreiphasiger Transformator ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the mains transformer ( 33 ) is a three-phase transformer. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) eine Konstantspannungsquelle (46) aufweist, die zwischen Erde (44) und dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3) angeschlossen ist.Device according to Claim 1, characterized in that the biasing device ( 43 ) a constant voltage source ( 46 ) between earth ( 44 ) and the AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ) connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutralleiter (22, 41) mit einem primärseitigen Neutralanschluss (39) eines am Ausgang (8) des Wechselrichters angeschlossenen Netztransformators (33) verbunden ist.Device according to claim 1, characterized in that the neutral conductor ( 22 . 41 ) with a primary-side neutral connection ( 39 ) one at the exit ( 8th ) of the inverter connected mains transformer ( 33 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (48) zur Erfassung von Messparametern, einschließlich der Gleichspannungspotentiale (UDC+, UDC–) am Eingang (7) des Wechselrichters (3) und eines Stroms (I) in einem Zweig (42) der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43), und eine Steuereinrichtung (47) vorgesehen sind, die dazu eingerichtet ist, auf der Basis der erfassten Messparameter den Betrieb der Vorrichtung (1) zu steuern, mögliche Fehlerzustände zu erkennen und darauf zu reagieren.Apparatus according to claim 1, characterized in that a sensor device ( 48 ) for the acquisition of measurement parameters, including the DC potentials (U DC + , U DC- ) at the input ( 7 ) of the inverter ( 3 ) and a stream (I) in a branch ( 42 ) of the bias generator ( 43 ), and a control device ( 47 ), which is set up on the basis of the acquired measurement parameters, the operation of the device ( 1 ), to recognize possible error conditions and to react to them. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (47) dazu eingerichtet ist, die Größe der durch die Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) angelegten Vorspannung anhand der erfassten Messparameter variabel einzustellen.Apparatus according to claim 11, characterized in that the control device ( 47 ) is adapted to reduce the size of the voltage generated by the bias voltage generator ( 43 ) set bias voltage based on the detected measurement parameters variable. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (47) eine Logik zur Erkennung von Erdschlüssen bzw. Isolationsfehlern durch Überwachung des Stroms (I) in dem Zweig (42) der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) aufweist, wozu eine Logik zur Erkennung schleichender Isolationsfehler an dem Photovoltaikgenerator (2) gehört, die eingerichtet ist, um – aktiv das Potential der Vorspannung der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zu modifizieren und vorzugeben, – die Größe der Gleichspannungspotentiale (UDC+, UDC–) am positiven und negativen Eingangsanschluss (9, 11) des Wechselrichters (3) und des Stroms (I) in dem Zweig (42) der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) für zwei unterschiedliche vorgegebene Vorspannungspotentiale (U1, U2) zu messen, – aus den Mess- und Vorgabewerten für die Spannungspotentiale (UDC+,U1, UDC–,U1, UDC+,U2, UDC–,U2) und die Ströme (IU1, IU2) die Isolationswiderstände (RDC+, RDC–) an dem positiven und dem negativen Gleichspannungseingangsanschluss (9, 11) des Wechselrichters (3) zu bestimmen, – die Isolationswiderstände (RDC+, RDC–) mit Referenzwerten zu vergleichen und anhand des Vergleichs das Einsetzen eines Isolationsfehlers zu erkennen.Apparatus according to claim 11, characterized in that the control device ( 47 ) a logic for the detection of ground faults or insulation faults by monitoring the current (I) in the branch ( 42 ) of the bias generator ( 43 ), including logic for detecting creeping insulation faults on the photovoltaic generator ( 2 ), which is arranged to - actively the potential of the bias voltage of the bias voltage generating device ( 43 ) and to specify the size of the DC potentials (U DC + , U DC- ) at the positive and negative input terminals ( 9 . 11 ) of the inverter ( 3 ) and the stream (I) in the branch ( 42 ) of the bias generator ( 43 ) for two different predetermined bias potentials (U1, U2), - from the measurement and default values for the voltage potentials (U DC +, U1 , U DC-, U1 , U DC +, U2 , U DC-, U2 ) and the currents (I U1 , I U2 ) the insulation resistances (R DC + , R DC- ) at the positive and the negative DC input terminal ( 9 . 11 ) of the inverter ( 3 ) to determine - Compare the insulation resistances (R DC + , R DC- ) with reference values and use the comparison to detect the onset of an insulation fault. Zusatzmodul für eine Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Gleichspannung aus einem Photovoltaikgenerator (2) in eine ausgangsseitige Wechselspannung, wobei die Vorrichtung (1) wenigstens einen transformatorlosen Wechselrichter (3) mit einem Gleichspannungseingang (7) zum Anschluss eines Photovoltaikgenerators (2) und einen Wechselspannungsausgang (8) aufweist, wobei das Zusatzmodul aufweist: einen Anschluss (40) zur Verbindung mit dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3); eine Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Anschluss (40), wodurch auch das Spannungspotential an dem Gleichspannungseingang (7) des Wechselrichters (3) beeinflusst wird, wenn der Anschluss (40) mit dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3) verbunden ist; und eine induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52), die zur HF-Entkopplung der Wechselspannungsseite von der Gleichspannungsseite des Wechselrichters (3) eingerichtet ist, wenn der Anschluss (40) mit dem Wechselspannungsausgang (8) des Wechselrichters (3) verbunden ist, wobei die induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52) eine Induktivität (53) aufweist, die in Reihe zu der Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) in einem Zweig (42) zwischen Erde (44) und einem von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite des Wechselrichters (3) hindurchgeführten Neutralleiter (22, 41) angeschlossen ist, oder die induktive HF-Entkopplungseinrichtung (52) eine der Anzahl der phasenführenden Ausgangsanschlüsse (12, 13, 14) des Wechselrichters (3) entsprechende Anzahl von Induktivitäten (54, 56, 57) aufweist, die jeweils mit einem Ausgangsanschluss (12, 13, 14) und andererseits mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt (58) verbunden sind, wobei die Vorspannungserzeugungseinrichtung (43) zwischen Erde (44) und dem gemeinsamen Verbindungspunkt (58) angeschlossen ist.Additional module for a device ( 1 ) for converting an input DC electrical voltage from a photovoltaic generator ( 2 ) in an output side AC voltage, wherein the device ( 1 ) at least one transformerless inverter ( 3 ) with a DC input ( 7 ) for connecting a photovoltaic generator ( 2 ) and an AC output ( 8th ), wherein the additional module comprises: a connection ( 40 ) for connection to the AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ); a bias generator ( 43 ) for applying a bias potential to the terminal ( 40 ), whereby the voltage potential at the DC input ( 7 ) of the inverter ( 3 ) is affected when the connection ( 40 ) with the AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ) connected is; and an inductive RF decoupling device ( 52 ) for RF decoupling of the AC side of the DC side of the inverter ( 3 ) is set up when the connection ( 40 ) with the AC output ( 8th ) of the inverter ( 3 ), the inductive RF decoupling device ( 52 ) an inductance ( 53 ) connected in series with the biasing device ( 43 ) in a branch ( 42 ) between earth ( 44 ) and one from the DC side to the AC side of the inverter ( 3 ) passed through neutral conductor ( 22 . 41 ), or the inductive RF decoupling device ( 52 ) one of the number of phase leading output terminals ( 12 . 13 . 14 ) of the inverter ( 3 ) corresponding number of inductances ( 54 . 56 . 57 ), each with an output terminal ( 12 . 13 . 14 ) and on the other hand with a common connection point ( 58 ), wherein the bias voltage generator ( 43 ) between earth ( 44 ) and the common connection point ( 58 ) connected.
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Dr. F. Haase, Dr. U, BorupGround-Voltage-Control (GVC) for transformerless inverters in PV-power plants prevents tco corrosion and polarisation effects25th European photovoltaic solar energy conference and exhibition6-10 September 2010, Valencia, Spain
Dr. F. Haase, Dr. U, BorupGround-Voltage-Control (GVC) for transformerless inverters in PV-power plants prevents tco corrosion and polarisation effects25th European photovoltaic solar energy conference and exhibition6-10 September 2010, Valencia, Spain *

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